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                      隔膜不止一片“塑料”那么簡單

                      2023.06.02

                      當下,全球主要經濟體都在不斷加碼以鋰電池為主要技術路線的新能源產業建設。

                      如果把鋰電池比作是一道菜,那么完成這道菜需要一些食材和配料,他們主要是正極材料、負極材料、電解液、隔膜材料和電池管理系統等。

                      其中,鋰電池結構中,隔膜是關鍵的內層組件之一,其主要作用是使電池正、負極分隔開來,防止兩極接觸而短路,此外它還具有能使電解質離子通過的功能。因此,隔膜材料的好壞,對電池性能有很大的影響。

                      簡單說,鋰電池隔膜,是一層薄薄的“塑料”,但又絕非普通塑料。

                      “鋰電池市場化的隔膜材料,主要是以聚乙烯、聚丙烯為主的具有優異的力學性能、化學穩定性和相對廉價的聚烯烴類隔膜為主?!崩ッ骼砉ご髮W鋰離子電池及材料制備技術國家地方聯合工程實驗室李雪教授向科技日報記者介紹,其中聚乙烯產品主要由濕法工藝制得,聚丙烯產品主要由干法工藝制得。

                      隔膜的性能,決定了電池的界面結構、內阻等,直接影響電池的容量、循環以及安全性能等特性,性能優異的隔膜對提高電池的綜合性能具有重要的作用。隔膜材質是不導電的,電池的種類不同,采用的隔膜也不同。對于鋰電池系列,由于電解液為有機溶劑體系,因而需要有耐有機溶劑的隔膜材料,一般采用高強度薄膜化的聚烯烴多孔膜。

                      要做成高端的鋰電池隔膜,并不容易。它必須具有電子絕緣性,保證正負極的機械隔離,還要有一定的孔徑和孔隙率,保證低的電阻和高的離子電導率,對鋰離子有很好的透過性。同時,隔膜材料還須具有足夠的力學性能,包括穿刺強度、拉伸強度等,但厚度盡可能小,空間穩定性和平整性好,以及熱穩定性和自動關斷保護性能好。

                      當電池體系發生異常時,熱溫度快速升至120~140℃之初,為防止產生危險,熱塑性隔膜發生熔融,微孔關閉,變為絕緣體,可防止電解質通過,從而達到遮斷電流的目的。

                      總體而言,聚丙烯相對更耐高溫,聚乙烯相對耐低溫,但對環境應力更敏感;聚丙烯密度比聚乙烯小,其熔點和閉孔溫度比聚乙烯高,但韌性比聚乙烯差。

                      李雪教授還介紹,隔膜材料產品還有聚丙烯+陶瓷涂層、聚乙烯+陶瓷涂覆,以及基于聚丙烯、聚乙烯的雙層和三層材料等。與此同時,一些新型隔膜材料產品也在不斷涌現并實現應用,不過,因量少價高,主要還是用在動力鋰電池制造領域。這些產品主要有涂層處理的聚酯膜、纖維素膜、聚酰亞胺膜、聚酰胺膜、氨綸或芳綸膜等,其優點是耐高溫,且具有低溫輸出、充電循環壽命長、機械強度適中的特點。

                      “總體來看,鋰電池隔膜材料產品呈現出明顯的多樣化發展趨勢?!崩钛┱f。

                      實施新能源汽車核心技術攻關工程,電池技術突破是關鍵的一步。

                      2020年11月,國務院發布的《新能源汽車產業發展規劃(2021年-2035年)》指出,開展正負極材料、電解液、隔膜、膜電極等關鍵核心技術研究,加強高強度、輕量化、高安全、低成本、長壽命的動力電池和燃料電池系統短板技術攻關,加快固態動力電池技術研發及產業化。

                      隨著新能源汽車市場由政策導向型切換到市場驅動型,新能源汽車廠商對鋰電池的安全性、續航能力、使用壽命等關鍵指標的要求不斷提高,尤其是國際一流鋰電池生產企業對材料品質要求甚嚴,其中鋰電池隔膜作為核心材料之一,技術壁壘高,其性能直接影響鋰電池的放電容量、循環使用壽命及安全性,鋰電池制造對隔膜產品的特性如隔膜微孔的尺寸和分布的均勻性、一致性等要求極高。

                      同時,在保障安全性的基礎上隔膜進一步趨于輕薄化,鋰電池隔膜輕薄化能夠有效提升鋰電池的能量密度,使單位體積或重量的鋰電池中容納更多的電極材料,從而最終提升鋰電池的續航能力。

                      記者在采訪中了解到,恩捷股份有限公司是全球領先的鋰電池隔膜行業龍頭,在產能規模、產品品質、成本效率、技術研發方面都具有全球競爭力。2021年企業快速發展,產能規模和收入規模大幅增長,隔膜產能和出貨量排名全球第一。

                      “隔膜是鋰離子電池產業鏈中最具技術壁壘的關鍵內層組件,也是四大主材中最晚實現國產化的產品?!倍鹘莨煞萦邢薰径麻L助理龐啟智告訴記者,我國電池隔膜在2019年國產化比例已超過92%,國產隔膜材料幾乎都供應給世界上所有主流電池廠商。

                      目前,恩捷股份公司的濕法鋰電池隔膜生產規模目前已處于全球領先地位,豐富的鋰電池隔膜產品種類能滿足不同客戶的多種需求。

                      “我們通過多年積累,建立了體系健全的研發隊伍,研發范圍覆蓋了隔膜和涂布生產設備、隔膜制備工藝以及原輔料的改進、涂布工藝、漿料配方、回收及節能技術,以及前瞻性技術儲備項目的研發?!饼媶⒅墙榻B,企業新近突破了諸多關鍵核心技術,在產品品質提升以及新產品開發方面已取得了一系列成果,現行有效的專利共有280項,其中包含國際專利13項;另有236項專利正在申請中,其中含國際專利申請56項。

                      “作為全球出貨量最大的濕法鋰電池隔膜供應商,我們有能力承接如LGES、三星SDI、松下、寧德時代、中創新航等大型電池廠商的大規模訂單需求?!饼媶⒅亲孕诺卣f。


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                      隔膜材料——電池的“第三電極”!

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